深部軟巖巷道錨注支護的數值模擬研究

摘 要：文章針對淮南礦業集團謝一礦軌道大巷巖巷返修工程破壞的具體條件，分析了深部軟巖巷道工程巖體的物理力學特性。運用三維有限差分數值計算軟件（FLAC3D），再現了巷道原支護破壞過程，研究了深部軟弱圍巖巷道的變形破壞機理，最終提出了謝一礦深部軟巖巷道穩定性控制對策——“錨注一體化”耦合支護技術。工程實踐證明，該技術能有效控制謝一礦深部軟巖巷道的破壞，為礦區進入深部開采后的安全生產以及可持續發展提供了理論與實踐基礎。

關鍵詞：深部軟巖巷道；軌道大巷；錨注支護

中圖分類號：TD117 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）3-0162-01

隨著煤礦開采深度的不斷增加，受“三高一擾動”的影響，軟巖問題愈加嚴重，巷道及硐室支護的難度和破壞程度不斷增加。巷道大變形如兩幫收縮、底臌、冒頂等力學現場越來越強烈。深部軟巖巷道的大變形的有效控制問題成為亟待解決的技術難題。

1 工程背景

淮南礦業集團謝一礦-800 m水平北翼軌道石門，巖層以泥巖、砂質泥巖、細砂巖為主.巷道斷面形狀為直墻半圓拱，掘進的寬度及高度分別為4 800及3 950mm。根據對-800 m水平地應力測試結果，該區最大水平主應力值23.33 MPa，鉛直應力為25.2 MPa，應力場以水平應力為主。

2 數值計算模型及方案

采用FLAC3D計算程序分析深部巖巷開挖后圍巖應力演化特征、變形破壞規律。根據地質條件，建立長60 m、高60 m、沿巷道掘進方向長50 m的模型進行三維計算模擬， 共有54 840個單元，58 682個節點，巷道以空單元模擬，其他部分網格成發散狀布置（圖1）。模型側面限制水平移動，模型底面限制垂直移動，模型上部施加垂直載荷模擬上覆巖層的質量，為23.1 MPa。模型側面限制水平移動，模型底面限制垂直移動，模型上部施加垂直載荷模擬上覆巖層重量。

3 數值模擬結果分析

3.1 圍巖位移場分析

由圖2和圖3知，錨注支護下的巷道圍巖垂直位移為55.04 mm，而無支護下的則為58.28 mm，可以看出打入錨桿后支護效果明顯，頂板位移量減少了約3 mm。

3.2 圍巖塑性區分析

由圖4和圖5可知，有無錨桿支護下的行東啊開挖后圍巖塑性區分布范圍大體相同，但是錨桿支護下的巷道圍巖發生剪切破壞的區域顯然要多于無錨桿支護下的巷道圍巖。說明錨桿支護對巷道圍巖變形起到一定的積極效果。

3.3 圍巖應力場分析

由圖6和圖7可知，錨桿支護下巷道垂直應力峰值約為29.3 MPa，比無支護下的巷道圍巖應力峰值31.4要低，說明在錨桿支護下的巷道圍巖垂直應力有所降低。

4 工程實踐

通過現場觀測，在施工120天內，頂底板最大位移量為120 mm，如圖8所示，且在較長時間內巷道趨于穩定，保證了巷道的正常使用。

5 結 論

對于深部軟弱巖層巷道，應用錨注一體化耦合技術可以有效的控制巷道圍巖穩定狀態，有效的控制巷道圍巖變形。

參考文獻：

[1] 王連國，韓繼勝，孫求知.軟巖巷道錨注支護效果的數值模擬研究[J].山東科技大學學報（自然科學版），2001，20（1）：53-56.

[2] 錢鳴高，石平五，許家林.礦山壓力與巖層控制[M].徐州：中國礦業大學出版社，2010.

[3] 劉天泉.極軟巖巷道底臌錨注支護控制技術[J].遼寧工程技術大學學報，2005，24（3）：360-362.